[发明专利]方向控制钻井系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种适合于钻出地下井眼的钻井系统。特别地，本发明 涉及这样一种钻井系统，该系统在钻井进行时通过控制系统钻进的方向 使得井眼的轨迹被控制并且发生偏离。

背景技术

在钻出地下井眼的过程中，影响任务是否成功的一个重要因素在于 花费时间在正确方向上操纵钻井以及适当到达终点。频繁地改变轨迹会 引起井眼弯曲度的增加，从而增加了进出井眼所需的力，并且还会增加 到达相同目标所需要钻进的总距离。

使用从下部钻具组合(BHA)到表面的电缆的钻井提供了以下多个优 点：可以减少钻井成本以及减少工作位置的设备和人员。然而，这样也 会减少用于钻井的可用动力。2004年8月26日公布的WO2004072437A (SERVICESPETROLIERSSCHLUMBERGERETAL)公开了这种系统的示例。 这种系统通常具有单独的驱动系统，用于钻头的轴向驱动(推力，WOB (钻压))和旋转。

这种动力的减小需要通过在钻头上施加低于一般的力和转矩、以及 控制穿透率(ROP)或实时钻进而优化钻井过程。

传统的钻井主要使用两种操纵机构：表面可调节电机外壳以及旋转 式可操纵组件(参见2000年7月25日公布的US6092610(SCHLUMBERGER TECHNOLOGYCORPORATION))，然而这两种机构都不被看作是低功率非旋 转工具的良好匹配。表面可调节电机外壳需要多次起下钻，这增加了花 费在井上的总时间并且增加了弯曲度。旋转式可操纵工具依赖于工具， 该工具转动用于操纵机构。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻井系统，该系统在与非旋转运送件例如 电缆和挠性管一起使用时能够控制钻井的方向。在本发明的内容中，非 旋转运送件是指不能用于沿着井将转动传递到下部钻具组合的部件。

本发明提供了一种井维修系统，包括：

非旋转运送系统(conveyancesystem)；

连接到所述非旋转运送系统并且包括锚件的工具，当所述工具位于 井眼中时可通过所述锚件将所述工具锚定在位；

连接到所述工具的可更换操作头；

用于转动所述可更换操作头的电机；以及

设置在所述工具与所述可更换操作头之间的方向控制系统；其中， 在使用时，使所述系统位于井眼中，所述方向控制系统可被操作以使所 述可更换操作头移离所述井眼的轴线，从而在井壁或套管处进行各种操 作。

井维修系统包括钻井系统，其中操作头包括钻头。操作头还包括套 管铣削工具，或者设定变向器或斜向器以将工具导引到侧向井眼中的系 统。

在一个实施例中，所述方向控制系统包括定位在所述工具与所述操 作头之间的至少三个滑动件，各个滑动件沿着径向方向突出可调节量； 各个滑动件的突出在使用时被调节，从而与井眼壁接触并沿着所需方向 移动所述操作头。所述滑动件优选地在它们的外端部被成形为能够在使 用期间沿着井眼壁滑动。

在该实施例中，所述操作头和所述滑动件优选地通过挠曲部与工具 分开。

在另一个实施例中，所述方向控制系统包括位于工具中的万向接头 以及位于工具中的方向控制机构，所述操作头通过所述万向接头被连接， 所述方向控制机构可被操作以调节操作头轴线相对于工具轴线的角度以 及调节操作头轴线的方位角方向。

优选地，轴在所述操作头与所述方向控制机构之间延伸经过所述万 向接头。

方向控制机构的一个实施例包括一对相互接合的偏心环，其中的一个 偏心环连接到所述工具、并且另一个偏心环连接到所述轴，所述环的相对 旋转允许调节所述操作头轴线的角度，以及共同旋转允许调节所述操作头 轴线的方位角方向。在一个特别优选的实施例中，第一外环连接到所述工 具，以及置于所述第一外环内的第二内环连接到所述轴。

在第二实施例中，方向控制机构包括至少三个活塞，所述至少三个 活塞作用在连接到所述轴的头部，所述活塞可被操作以调节操作头轴线 相对于工具轴线的角度以及调节操作头轴线的方位角方向。

在该第二实施例的变体中，活塞在径向方向上起作用，从而调节轴 的位置。

在第三实施例中，所述方向控制机构包括至少三个可膨胀囊，所述 至少三个可膨胀囊绕着所述轴位于所述工具内，所述囊可膨胀以作用在 所述轴上并且调节所述轴的位置。